Phạm Thị Kim Hằng, Ngô Hải Đăng

Khoa Khoa học ứng dụng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM

Tóm tắt

      Hạt nano Ag được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: y tế, nông nghiệp, môi trường, xúc tác, diệt may, cảm biến sinh học,... Nhờ vào các tính chất cơ bản như: nhiệt, điện, từ, và hiện tượng “cộng hưởng plasmon bề mặt” (SPR). Các hạt nano Ag thể hiện các đặc tính plasmon độc đáo và có thể điều chỉnh được bằng việc kiểm soát kích thước và hình dạng cấu trúc nano của Ag. Trong bài viết này nhóm đã đề xuất khảo sát kích thước hạt theo nồng độ giữa PVP/Ag theo các tỉ lệ mol khác nhau: 1:1, 1:1.5, 1:2 bằng phương pháp khử hóa học.

Hình 1: Màu dung dịch thu được và hiệu ứng cộng hưởng Plasmon

      1. Giới thiệu

      Từ thời tiền sử Ag đã được xem như là một kim loại quý đứng sau vàng nhờ vào các đặt tính mềm, dẻo, dễ uốn, có màu trắng bóng ánh kim. Bạc có độ dẫn điện tốt nhất trong các kim loại. Ứng dụng cơ bản nhất của bạc là một kim loại quý và trong các muối với halôgen. Đặc biệt muối bạc nitrat được sử dụng rộng rãi trong phim ảnh. Ngoài ra bạc còn được ứng dụng trong kháng sinh y học. Các ứng dụng khác của bạc như dùng để đúc tiền, sản xuất đồ trang sức, đồ dùng gia đình, chất khử trùng và các sản phẩm điện, điện tử, vật liệu phản xạ ánh sáng…

       Trong những năm gần đây khi các hạt nano được phát hiện thì tính chất nano Ag lại càng thể hiện vượt trội. Nhờ vào  có hiện tượng cộng hưởng Plasmon bề mặt. Hiện tượng này làm cho các dung dịch chứa hạt nano bạc có màu sắc khác nhau phụ thuộc vào nồng độ và kích thước hạt nano. Độ bền hóa học cao, không bị biến đổi dưới tác dụng của ánh sáng và các tác nhân oxy hóa – khử thông thường. Ổn định ở nhiệt độ cao. Ví dụ: Hạt nano bạc kích thước nhỏ sẽ hấp thụ ánh sáng trong vùng phổ màu từ tím đến lục (400 – 500 nm) trong khi đó nó lại phản xạ ánh sáng màu vàng (600 nm) nên ta thấy dung dịch có màu vàng tới vàng nâu (Hình 1).

      Đối với các dạng này, tổng hợp dựa trên dung dịch đã được chứng minh là một trong những con đường thành công nhất để kiểm soát năng suất, kích thước và hình thái của hạt nano Ag. Gần đây, phương pháp khử hóa đã được áp dụng thành công để chế tạo các hạt nano Ag đơn tinh thể có hình khối đồng nhất kích thước nano sử dụng polyvinylpyrrolidone (PVP) làm chất bảo vệ và ethanol vừa là chất khử vừa là dung môi, trong đó nhiệt độ và thời gian phản ứng cũng như nồng độ chất bảo vệ là những thông số chính để kiểm soát đường kính và hình dạng của sản phẩm hạt kim loại.
      2. Thực nghiệm

     2.1. Hóa chất cần thiết

    Để tổng hợp được nano Bạc (nano Ag) cần có đủ các hóa chất. Chúng tôi chuẩn bị các hóa chất chất lượng cao bao gồm Bạc nitrat (AgNO₃) của Trung Quốc, M= 169.87 g/mol, Ethanol (C₂H₆O) của UK, M= 46.07 g/mol, Poly vinylpyrrolidone (PVP) của Ấn Độ, M= 112.89 g/mol và Nước cất (H₂O). Chúng tôi đã sử dụng trực tiếp các hóa chất này mà không thông qua bất kì quy trình bổ sung nào.

      2.2. Quy trình tổng hợp nano Ag

     Chúng tôi tổng hợp AgNW theo quy trình chung như sau: Cho 20ml Ethanol và khối lượng m(g) PVP đặt lên bếp khuấy 15 phút nung ở 70^oC. Sau đó, chúng tôi cho thêm m2(g) AgNO₃ vào tiếp tục khuấy và nung 15 phút ở nhiệt độ 70^oC. Tiếp tục với quá trình làm nguội. Nhỏ dung dịch keo lên lam thủy tinh làm bay hơi dung môi. Khảo sát tỉ lệ mol nPVP/nAgNO₃.

Tiến hành:

Cân hóa chất theo khối lượng như sau:

     3. Kết Quả

     3.1. Phổ EDX của dung dịch keo bạc

Phân tích EDX (Hình 2) ta thấy xuất hiện hai đỉnh cao nhất trên phổ. Đỉnh cao nhất nằm ở vị trí 0,25 keV là đỉnh của nguyên tố cacbon và đỉnh ở vị trí từ 3-3,1 là đỉnh tạo thành từ các phân tử nano Ag.  Nguyên tố cacbon từ PVP và dung môi ethanol chưa bay hơi hoàn toàn. Điều này chứng tỏ hỗn hợp keo thu được là hỗn hợp Ag và PVP phân tán.

Hình 2: Phổ EXD của dung dịch keo bạc với tỷ lệ PVP/AgNO₃ 1:1

      3.2. Phổ hấp thụ của dung dịch keo bạc

     Khi khảo sát ba tỷ lệ nPVP/nAgNO₃ tương ứng 1:1 1:1,5 1:2 thì đỉnh phổ hấp thu thu được không thay đổi chủ yếu ở bước sóng 420 nanomét. Ứng với các hạt nano bạc có hình cầu.

Khi thay đổi nồng độ tiền chất (PVP hay AgNO₃) thì đỉnh phổ không có sự dịch chuyển chứng tỏ kích thước hạt không thay đổi theo nồng độ tiền chất. Cường độ đỉnh phổ của ba mẫu tăng theo nồng độ tiền chất tăng chứng tỏ nồng độ hạt nano bạc tăng theo khối lượng của tiền chất phản ứng. Do đó kích thước hạt của nano Ag không phụ thuộc vào tỷ lệ mol và nồng độ của PVP và AgNO₃.

Hình 3: Phổ hấp thu của dung dịch keo bạc với nPVP/nAgNO3 theo tỷ lệ 1:1, 1:1,5 và 1:2

      3.3. Phổ FTIR của dung dịch keo bạc

     Dựa vào phổ EDX (Hình 2) và phổ hấp thụ (Hình 3) ta có thể biết có sự tồn tại của hạt bạc hình cầu trong dung dịch keo và phổ FTIR ta thấy tại đỉnh 1658 tương ứng với liên kết  C=O không thay đổi còn ở hai đỉnh 1384 và 1292 đặc trưng cho liên kết N-OH thay đổi mạnh chứng tỏ nitơ trong nhóm N-OH của PVP đã tạo liên kết với ion bạc để hình thành lớp bảo vệ bề mặt nên dao động yếu đi kèm sự thay đổi cường độ của đỉnh phổ.

Hình 4: Phổ FTIR của dung dịch keo bạc với tỷ lệ PVP/AgNO3 1:1

     4. Kết Luận

     Bằng phương pháp khử hóa học nhóm đã chế tạo thành công dung dịch keo chứa nano Ag. Dung dịch keo có thành phần chủ yếu là hạt nano bạc. Khi phân tích phổ hấp thu đỉnh phổ thu được chủ yếu ở bước sóng 420 nanomét ứng với hạt nano bạc có dạng hình cầu. Các hạt nano bạc được PVP tạo lớp bảo vệ bên ngoài. Ngoài ra PVP còn giúp các hạt bạc phân tán tốt hơn. Tuy nhiên không khống chế được kích thước hạt nano bạc và chưa tách được bạc ra khỏi hỗn hợp keo với PVP.